EP3892660A1 - Polyurethanschaumstoffe basierend auf polyethercarbonatpolyolen - Google Patents
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- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2110/00—Foam properties
- C08G2110/0041—Foam properties having specified density
- C08G2110/005—< 50kg/m3
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2110/00—Foam properties
- C08G2110/0083—Foam properties prepared using water as the sole blowing agent
Definitions
- the present invention relates to a process for the production of polyurethane foams, preferably flexible polyurethane foams, by reacting an isocyanate component with an isocyanate-reactive component which comprises at least one polyether carbonate polyol, and wherein the reaction takes place in the presence of a component K, which is described in more detail below will.
- the invention further relates to polyurethane foams produced by the process according to the invention and to their use.
- polyurethane foams based on polyether carbonate polyols and isocyanates is known (e.g. WO 2012/130760 A1 , EP-A 0 222 453 ). It was found that When using polyether carbonate polyols for the production of polyurethane foams, the resulting products contain cyclic propylene carbonate, which can be detected, for example, by emission measurements on flexible polyurethane foam.
- the object of the present invention was to provide a process for the production of polyurethane foams which leads to polyurethane foams with reduced emissions of cyclic propylene carbonate.
- Component A1 comprises a polyether carbonate polyol with a hydroxyl number (OH number) according to DIN 53240-1 (June 2013) of 20 mg KOH / g to 120 mg KOH / g, preferably from 20 mg KOH / g to 100 mg KOH / g, particularly preferably from 25 mg KOH / g to 90 mg KOH / g, which is obtainable by copolymerization of carbon dioxide, one or more alkylene oxides, in the presence of one or more H-functional starter molecules, the polyether carbonate polyol preferably having a CO 2 content of 15 to 25% by weight.
- OH number hydroxyl number
- Component A1 preferably comprises a polyether carbonate polyol, which is obtainable by copolymerizing 2% by weight to 30% by weight carbon dioxide and 70% by weight to 98% by weight of one or more alkylene oxides, in the presence of one or more H-functional Starter molecules with an average functionality of 1 to 6, preferably 1 to 4, particularly preferably 2 to 3.
- H-functional is understood to mean a starter compound which has hydrogen atoms active against alkoxylation.
- the copolymerization of carbon dioxide and one or more alkylene oxides is preferably carried out in the presence of at least one DMC catalyst (double metal cyanide catalyst).
- DMC catalyst double metal cyanide catalyst
- the polyether carbonate polyols used according to the invention preferably also have ether groups between the carbonate groups, which is shown schematically in formula (III).
- R stands for an organic radical such as alkyl, alkylaryl or aryl, which in each case can also contain heteroatoms such as, for example, O, S, Si, etc.
- e and f stand for an integer number.
- the polyether carbonate polyol shown in the scheme according to formula (III) should only be understood in such a way that blocks with the structure shown can in principle be found in the polyether carbonate polyol, but the order, number and length of the blocks can vary and not to that shown in formula (III) Polyether carbonate polyol is limited. With regard to formula (III), this means that the ratio of e / f is preferably from 2: 1 to 1:20, particularly preferably from 1.5: 1 to 1:10.
- the proportion of incorporated CO 2 ("units derived from carbon dioxide";"CO 2 content") in a polyether carbonate polyol can be determined from the evaluation of characteristic signals in the 1 H-NMR spectrum.
- the following example illustrates the determination of the proportion of units originating from carbon dioxide in a CO 2 / propylene oxide polyether carbonate polyol started with 1,8-octanediol.
- the proportion of built-in CO 2 in a polyether carbonate polyol and the ratio of propylene carbonate to polyether carbonate polyol can be determined by means of 1 H-NMR (a suitable device is from Bruker, DPX 400, 400 MHz; pulse program zg30, waiting time dl: 10s, 64 scans) will.
- the sample is dissolved in each case in deuterated chloroform.
- the relevant resonances in 1 H-NMR are as follows: Cyclic propylene carbonate (which was formed as a by-product) resonating at 4.5 ppm; Carbonate, resulting from carbon dioxide incorporated in the polyether carbonate polyol with resonances at 5.1 to 4.8 ppm; unreacted propylene oxide (PO) with resonance at 2.4 ppm; Polyether polyol (ie, with no built-in carbon dioxide) with resonances at 1.2 to 1.0 ppm; the 1,8-octanediol incorporated as a starter molecule (if present) with a resonance at 1.6 to 1.52 ppm.
- the factor 102 results from the sum of the molar masses of CO 2 (molar mass 44 g / mol) and that of propylene oxide (molar mass 58 g / mol), the factor 58 results from the molar mass of propylene oxide and the factor 146 results from the molar mass of the used Starters 1,8-octanediol (if available).
- the non-polymer components of the reaction mixture ie cyclic propylene carbonate and any unreacted propylene oxide present
- the indication of the CO 2 content in the polyether carbonate polyol is standardized to the proportion of the polyether carbonate polyol molecule that was formed during the copolymerization and, if applicable, the activation steps in the presence of CO 2 (i.e. the proportion of the polyether carbonate polyol molecule that was formed from the starter (1 , 8-octanediol, if present) as well as from the reaction of the starter with epoxide, which was added under CO 2 -free conditions, was not taken into account).
- alkylene oxides having 2 to 24 carbon atoms can be used to produce the polyether carbonate polyols A1.
- the alkylene oxides with 2 to 24 Carbon atoms are, for example, one or more compounds selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, 1-butene oxide, 2,3-butene oxide, 2-methyl-1,2-propene oxide (isobutene oxide), 1-pentene oxide, 2,3 -Pentene oxide, 2-methyl-1,2-butene oxide, 3-methyl-1,2-butene oxide, 1-hexene oxide, 2,3-hexene oxide, 3,4-hexene oxide, 2-methyl-1,2-pentene oxide, 4 -Methyl-1,2-pentene oxide, 2-ethyl-1,2-butene oxide, 1-heptene oxide, 1-octene oxide, 1-nonene oxide, 1-decene oxide, 1-undecene oxide, 1-dodecene oxide, 4-
- the proportion of ethylene oxide in the total amount of propylene oxide and ethylene oxide used is 0 to 90% by weight, preferably 0 to 50% by weight and particularly preferably free of ethylene oxide.
- H-functional starter compounds can be used as suitable H-functional starter compounds.
- Groups with active H atoms which are active for the alkoxylation are, for example, -OH, -NH 2 (primary amines), -NH- (secondary amines), -SH and -CO 2 H, with -OH and -NH 2 being particularly preferred is -OH.
- the H-functional starter compound is, for example, one or more compounds selected from the group consisting of water, monohydric or polyhydric alcohols, polyhydric amines, polyhydric thiols, amino alcohols, thioalcohols, hydroxyesters, polyether polyols, polyester polyols, polyester ether polyols, polyether carbonate polyols, polycarbonate polyols, polycarbonates, polyethyleneimines Polyetheramines (e.g. so-called Jeffamine® from Huntsman, such as, for example, D-230, D-400, D-2000, T-403, T-3000, T-5000 or corresponding products from BASF, such as e.g. B.
- Polyetheramines e.g. so-called Jeffamine® from Huntsman, such as, for example, D-230, D-400, D-2000, T-403, T-3000, T-5000 or corresponding products from BASF, such as e.g. B.
- polytetrahydrofurans e.g. PolyTHF® from BASF, such as e.g. PolyTHF® 250, 650S, 1000, 1000S, 1400, 1800, 2000
- the C 1 -C 24 alkyl fatty acid esters which contain on average at least 2 OH groups per molecule, are commercial products such as Lupranol Balance® (from BASF AG), Merginol® types (from Hobum Oleochemicals GmbH), Sovermol® types (from Cognis GmbH & Co. KG) and Soyol®TM types (from USSC Co.).
- Lupranol Balance® from BASF AG
- Merginol® types from Hobum Oleochemicals GmbH
- Sovermol® types from Cognis GmbH & Co. KG
- Soyol®TM types from USSC Co.
- Alcohols, amines, thiols and carboxylic acids can be used as monofunctional starter compounds.
- the following can be used as monofunctional alcohols: methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, 3-buten-1-ol, 3-butyn-1-ol, 2-methyl -3-buten-2-ol, 2-methyl-3-butyn-2-ol, propagyl alcohol, 2-methyl-2-propanol, 1-t-butoxy-2-propanol., 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, 4-octanol, phenol, 2-hydroxybiphenyl, 3-hydroxy
- Possible monofunctional amines are: butylamine, t-butylamine, pentylamine, hexylamine, aniline, aziridine, pyrrolidine, piperidine, morpholine.
- Monofunctional carboxylic acids are: formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, fatty acids such as stearic acid, palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, benzoic acid, acrylic acid.
- Polyhydric alcohols suitable as H-functional starter compounds are, for example, dihydric alcohols (such as, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,4-butenediol, 1,4-butynediol, neopentyl glycol, 1 , 5-pentanediol, methylpentanediols (such as 3-methyl-1,5-pentanediol), 1,6-hexanediol; 1,8-octanediol, 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, bis (hydroxymethyl) - cyclohexanes (such as 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycols, dipropylene glycol
- the H-functional starter compounds can also be selected from the substance class of the polyether polyols, in particular those with a molecular weight M n in the range from 100 to 4000 g / mol, preferably from 250 to 2000 g / mol. Preference is given to polyether polyols which are built up from repeating ethylene oxide and propylene oxide units, preferably with a proportion of 35 to 100% propylene oxide units, particularly preferably with a proportion of 50 to 100% propylene oxide units. These can be random copolymers, gradient copolymers, alternating or block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide.
- Suitable polyether polyols composed of repeating propylene oxide and / or ethylene oxide units are, for example, the Desmophen®, Acclaim®, Arcol®, Baycoll®, Bayfill®, Bayflex®, Baygal®, PET® and polyether polyols of Covestro GmbH AG (such as Desmophen® 3600Z, Desmophen® 1900U, Acclaim® Polyol 2200, Acclaim® Polyol 4000I, Arcol® Polyol 1004, Arcol® Polyol 1010, Arcol® Polyol 1030, Arcol® Polyol 1070, Baycoll® BD 1110, Bayfill® VPPU 0789, Baygal® K55, PET® 1004, Polyether® S180).
- the Desmophen®, Acclaim®, Arcol®, Baycoll®, Bayfill®, Bayflex®, Baygal®, PET® and polyether polyols of Covestro GmbH AG such as Desmophen® 3600Z, Desmophen® 1900U, Acclaim
- suitable homopolyethylene oxides are, for example, the Pluriol® E grades from BASF SE
- suitable homopolypropylene oxides are, for example, the Pluriol® P grades from BASF SE
- suitable mixed copolymers of ethylene oxide and propylene oxide are, for example, Pluronic® PE or Pluriol® RPE - trademarks of BASF SE.
- the H-functional starter compounds can also be selected from the substance class of polyester polyols, in particular those with a molecular weight M n in the range from 200 to 4500 g / mol, preferably from 400 to 2500 g / mol. At least difunctional polyesters are used as polyester polyols. Polyester polyols preferably consist of alternating acid and alcohol units. As acid components, for. B.
- succinic acid maleic acid, maleic anhydride, adipic acid, phthalic anhydride, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride or mixtures of the acids and / or anhydrides mentioned.
- alcohol components for. B.
- polyester ether polyols are obtained which can also serve as starter compounds for the preparation of the polyether carbonate polyols. If polyether polyols are used to produce the polyester ether polyols, polyether polyols with a number average molecular weight M n of 150 to 2000 g / mol are preferred.
- polycarbonate polyols can be used as H-functional starter compounds, in particular those with a molecular weight M n in the range from 150 to 4500 g / mol, preferably 500 to 2500, which are produced, for example, by reaction of phosgene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate or Diphenyl carbonate and di- and / or polyfunctional alcohols or polyester polyols or polyether polyols are produced.
- polycarbonate polyols can be found e.g. B. in the EP-A 1359177 .
- the Desmophen® C grades from Covestro Deutschland AG can be used as polycarbonate diols, such as B. Desmophen® C 1100 or Desmophen® C 2200.
- Polyether carbonate polyols can also be used as H-functional starter compounds.
- polyether carbonate polyols which are prepared by the process described above are used.
- These polyether carbonate polyols used as H-functional starter compounds are prepared beforehand in a separate reaction step for this purpose.
- Preferred H-functional starter compounds are alcohols of the general formula (VII), HO- (CH 2 ) x -OH (VII), where x is a number from 1 to 20, preferably an even number from 2 to 20.
- Examples of alcohols according to formula (VI) are ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,10 decanediol and 1,12-dodecanediol.
- H-functional starter compounds are neopentylglycol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, reaction products of the alcohols according to formula (VI) with ⁇ -caprolactone, for example reaction products of trimethylolpropane with ⁇ -caprolactone, reaction products of glycerol with ⁇ -caprolactone, and also reaction ⁇ -caprolactone.
- water, diethylene glycol, dipropylene glycol, castor oil, sorbitol and polyether polyols, built up from repeating polyalkylene oxide units are preferably used as H-functional starter compounds.
- the H-functional starter compounds are particularly preferably one or more compounds selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-methylpropane-1,3-diol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, glycerol, trimethylolpropane, di- and trifunctional polyether polyols, the polyether polyol consisting of a di- or tri-H functional starter compound and propylene oxide or a di- or tri-H-functional starter compound, propylene oxide and ethylene oxide is built up.
- the polyether polyols preferably have a number average molecular weight M n in the range from 62 to 4500 g / mol and in particular a number average molecular weight M n in the range from 62 to 3000 g / mol, very particularly preferably a molecular weight from 62 to 1500 g / mol.
- the polyether polyols preferably have a functionality of 2 to 3.
- the polyether carbonate polyol A1 can be obtained by adding carbon dioxide and alkylene oxides onto H-functional starter compounds using multimetal cyanide catalysts (DMC catalysts).
- DMC catalysts multimetal cyanide catalysts
- the production of polyether carbonate polyols by the addition of alkylene oxides and CO 2 onto H-functional starter compounds using DMC catalysts is, for example, from EP-A 0222453 , WO-A 2008/013731 and EP-A 2115032 known.
- DMC catalysts are known in principle from the prior art for the homopolymerization of epoxides (see e.g. US-A-3,404,109 , US-A-3 829 505 , US-A-3,941,849 and US-A 5 158 922 ).
- DMC catalysts for example in US-A 5,470,813 , EP-A 700 949 , EP-A 743 093 , EP-A 761 708 , WO-A 97/40086 , WO-A 98/16310 and WO-A 00/47649 are described have a very high activity in the homopolymerization of epoxides and enable the production of polyether polyols and / or polyether carbonate polyols with very low catalyst concentrations (25 ppm or less).
- a typical example are the in EP-A 700 949 described highly active DMC catalysts which, in addition to a double metal cyanide compound (e.g. zinc hexacyanocobaltate (III)) and an organic complex ligand (e.g. t-butanol), also contain a polyether with a number average molecular weight M n greater than 500 g / mol.
- a double metal cyanide compound e.g. zinc hexacyano
- the DMC catalyst is usually used in an amount of 1% by weight, preferably in an amount of 0.5% by weight, particularly preferably in an amount of 500 ppm and in particular in an amount of 300 ppm, each based on the weight of the polyether carbonate polyol used.
- the polyether carbonate polyol A1 has a carbonate group content ("units derived from carbon dioxide”), calculated as CO 2 , of 2.0 and 30.0% by weight, preferably 5.0 and 28.0 % By weight and particularly preferably from 10.0 and 25.0% by weight.
- the polyether carbonate polyol or polyols according to A1 have a hydroxyl number of 20 mg KOH / g to 250 mg KOH / g and are obtainable by copolymerization from 2.0% by weight to 30.0% by weight Carbon dioxide and 70% by weight to 98% by weight propylene oxide in the presence of a hydroxy-functional starter molecule, such as trimethylolpropane and / or glycerol and / or propylene glycol and / or sorbitol.
- the hydroxyl number can be determined according to DIN 53240-1 (June 2013).
- a polyether carbonate polyol A1 is used, containing blocks of the formula (III) where the ratio e / f is from 2: 1 to 1:20.
- component A1 100 parts by weight of component A1 are used.
- Component A2 comprises polyether polyols with a hydroxyl number according to DIN 53240-1 (June 2013) of 20 mg KOH / g to 250 mg KOH / g, preferably from 20 to 112 mg KOH / g and particularly preferably 20 mg KOH / g to 80 mg KOH / g and is free of carbonate units.
- the compounds according to A2 can be prepared by catalytic addition of one or more alkylene oxides onto H-functional starter compounds.
- Alkylene oxides having 2 to 24 carbon atoms can be used as alkylene oxides (epoxides).
- the alkylene oxides with 2 to 24 carbon atoms are, for example, one or more compounds selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, 1-butene oxide, 2,3-butene oxide, 2-methyl-1,2-propene oxide (isobutene oxide), 1-pentene oxide, 2,3-pentene oxide, 2-methyl-1,2-butene oxide, 3-methyl-1,2-butene oxide, 1-hexene oxide, 2,3-hexene oxide, 3,4-hexene oxide, 2-methyl 1,2-pentene oxide, 4-methyl-1,2-pentene oxide, 2-ethyl-1,2-butene oxide, 1-heptene oxide, 1-octene oxide, 1-nonene oxide, 1-decene oxide, 1-undecene oxide, 1-dodecene oxide, 4-methyl-1,2-pentene oxide, butadiene monoxide
- the alkylene oxides can be added to the reaction mixture individually, as a mixture or in succession. They can be random or block copolymers. If the alkylene oxides are metered in one after the other, the products produced (polyether polyols) contain polyether chains with block structures.
- the H-functional starter compounds have functionalities from 2 to 6 and are preferably hydroxy-functional (OH-functional).
- hydroxy-functional starter compounds are propylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, hexanediol, pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,12-dodecanediol , Glycerol, trimethylolpropane, triethanolamine, pentaerythritol, sorbitol, sucrose, hydroquinone, pyrocatechol, resorcinol, bisphenol F, bisphenol A, 1,3,5-trihydroxybenzene, methylol group-containing condensates of formaldehyde and phenol or melamine or urea. These can also be used in a mixture.
- the polyether polyols according to A2 have a content of from 0 to 60% by weight, preferably from 0 to 40% by weight, particularly preferably from 0 to 25% by weight, of ethylene oxide.
- Component A3 comprises polyether polyols with a hydroxyl number according to DIN 53240-1 (June 2013) 20 mg KOH / g to 250 mg KOH / g, preferably from 20 to 112 mg KOH / g and particularly preferably 20 mg KOH / g to 80 mg KOH /G.
- component A3 is produced in the same way as component A2, but with an ethylene oxide content of> 60% by weight, preferably> 65% by weight, in the polyether polyol.
- Suitable alkylene oxides and H-functional starter compounds are the same as those described for component A2.
- preferred H-functional starter compounds are those which have a functionality of 3 to 6, particularly preferably 3, so that polyether triols are formed.
- Preferred H-functional starter compounds with a functionality of 3 are glycerol and / or trimethylolpropane, glycerol is particularly preferred.
- component A3 is a glycerol-started trifunctional polyether with an ethylene oxide content of 68 to 73% by weight and an OH number of 35 to 40 mg KOH / g.
- Component A4 includes polymer polyols, PHD polyols, and PIPA polyols.
- Polymer polyols are polyols which contain proportions of monomers suitable for free radical polymerization, such as styrene or acrylonitrile, in a base polyol, such as, for example, a polyether polyol and / or polyether carbonate polyol.
- PHD P oly h arnstoff ipsersion d
- polyols for example, prepared by in situ polymerization of an isocyanate or of an isocyanate mixture with a diamine and / or hydrazine in a polyol, preferably a polyether polyol.
- the PHD dispersion is preferably produced by reacting an isocyanate mixture used from a mixture of 75 to 85% by weight of 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI) and 15 to 25% by weight of 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI) with a diamine and / or hydrazine in a polyether polyol, preferably a polyether polyol and / or polyether carbonate polyol, produced by alkoxylation of a trifunctional starter (such as glycerol and / or trimethylolpropane), in the case of the polyether carbonate polyol in the presence of carbon dioxide .
- a trifunctional starter such as glycerol and / or trimethylolpropane
- PIPA polyols is by P oly i socyanat- P oly a ddition with Alkanolaminenmod e, preferably triethanolamine-modified polyether polyols and / or polyether carbonate, wherein the polyether (carbonate) polyol, a functionality of 2.5 to 4.0 and has a hydroxyl number of 3 mg KOH / g to 112 mg KOH / g (molecular weight 500 to 18,000 g / mol).
- the polyether polyol is preferably "EO-capped", ie the polyether polyol has terminal ethylene oxide groups.
- PIPA polyols are in GB 2 072 204 A , DE 31 03 757 A1 and U.S. 4,374,209 A described in detail.
- This can include, for example, low molecular weight diols (eg 1,2-ethanediol, 1,3- or 1,2-propanediol, 1,4-butanediol), triols (eg glycerol, trimethylolpropane) and tetraols (eg pentaerythritol), polyester polyols containing none of Malonic acid-derived structural units, polythioether polyols or polyacrylate polyols, and polyether polyols or polycarbonate polyols which do not come under the definition of components A1 to A4.
- ethylenediamine and triethanolamine-started polyethers can also be used.
- the tin (II) salts of carboxylic acids are used, the respective underlying carboxylic acid having from 2 to 24 carbon atoms.
- one or more compounds are selected as tin (II) salts of carboxylic acids from the group consisting of tin (II) salt of 2-ethylhexanoic acid (i.e.
- the alkyl chain C x H 2x + 1 of the carboxylate is particularly preferably a branched carbon chain, ie C x H2 x + 1 is an iso- alkyl group.
- tin (II) salts of carboxylic acids are one or more compounds selected from the group consisting of tin (II) salt of 2-butyloctanoic acid, ie tin (II) - (2-butyloctoate), tin (II) - Salt of ricinoleic acid, ie tin (II) ricinoleate and tin (II) salt of 2-hexyl decanoic acid, ie tin (II) (2-hexyl decanoate) are used.
- Component B1.1 comprises urea and derivatives of urea.
- derivatives of urea Aminoalkylureas, such as (3-dimethylaminopropylamine) urea and 1,3-bis [3- (dimethylamino) propyl] urea. Mixtures of urea and urea derivatives can also be used. Only urea is preferably used in component B1.1.
- Component B1.1 is used in amounts from 0.05 to 1.50 parts by weight, preferably from 0.10 to 0.50 parts by weight, particularly preferably from 0.25 to 0.35 parts by weight, based on the sum of the parts by weight of components A1 to A2, are used.
- Component B1.2 is whole in amounts of 0.03 to 1.50 parts by weight, preferably 0.03 to 0.50 parts by weight, particularly preferably 0.10 to 0.30 parts by weight particularly preferably from 0.20 to 0.30 parts by weight, based on the sum of the parts by weight of components A1 to A2, are used.
- the content of amine catalysts in component B1.2 is preferably a maximum of 50% by weight based on component B1.1, particularly preferably a maximum of 25% by weight based on component B1.1.
- Component B1.2 is very particularly preferably free from amine catalysts.
- tin (II) salts of carboxylic acids for example, can be used as catalysts of component B1.2.
- Amine catalysts which may be used in small amounts (see above) include: aliphatic tertiary amines (for example trimethylamine, tetramethylbutanediamine, 3-dimethylaminopropylamine, N, N-bis (3-dimethylaminopropyl) -N-isopropanolamine), cycloaliphatic tertiary amines (for example 1, 4-diaza (2,2,2) bicyclooctane), aliphatic amino ethers (e.g.
- auxiliaries and additives which may also be used, are for example in the EP-A 0 000 389 , Pages 18-21.
- component C water and / or physical blowing agents are used. Carbon dioxide and / or volatile organic substances, for example, are used as the physical blowing agent. Water is preferably used as component C.
- the isocyanate component B comprises a tolylene diisocyanate isomer mixture of 55 to 90% by weight of 2,4- and 10 to 45% by weight of 2,6-TDI.
- the isocyanate component D comprises 100% by weight of 2,4-tolylene diisocyanate.
- the index is 90 to 120.
- the index is preferably in a range from 100 to 115, particularly preferably 102 to 110.
- the index indicates the percentage ratio of the isocyanate amount actually used to the stoichiometric amount, ie for the conversion of the OH equivalents calculated amount of isocyanate groups (NCO) amount.
- identification number Isocyanate - Amount used : Isocyanate - Amount charged • 100
- a zeolite with a one-dimensional system of channels is used as component K, the channels of the one-dimensional system preferably being made up of 10 to 14, particularly preferably 12, tetrahedra.
- Zeolites are tectosilicates in which part of the silicon has been replaced by aluminum and whose structure contains larger cavities. The connections within the framework silicates between the larger cavities are called channels. Examples of suitable zeolites are AIPO-8, CIT-5, Laumontite, Mordenite, Offretite, Perlialite, Chiavennite, Partheit, Roggianite or Bikitaite.
- component K preference is given to using zeolites which have a molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 of 4 to 140, particularly preferably 6 to 100 and particularly preferably 8 to 50.
- a zeolite with an orthorombic crystal system is used as component K, such as mordenite, chiavennite or bikitaite.
- mordenite is used as component K, particularly preferably mordenite with a molar Si / Al ratio of 4 to 140.
- the reaction components are reacted using the one-step process known per se, often using mechanical equipment, for example those that are used in the EP-A 355,000 to be discribed.
- the polyurethane foams are preferably in the form of flexible polyurethane foams and can be produced as molded or as block foams, preferably as block foams.
- the invention therefore relates to a process for producing the polyurethane foams, the polyurethane foams produced by this process, the flexible polyurethane block foams or flexible polyurethane molded foams produced by these processes, the use of the flexible polyurethane foams for the production of molded parts and the molded parts themselves.
- the polyurethane foams obtainable according to the invention are used, for example, in the following ways: furniture upholstery, textile inserts, mattresses, automobile seats, headrests, armrests, sponges, foam sheets for use in automobile parts such as headliners, door side panels, seat covers and components.
- the polyurethane foams according to the invention, preferably flexible polyurethane foams preferably have a bulk density according to DIN EN ISO 3386-1-98 in the range from 16 to 60 kg / m 3 , particularly preferably from 20 to 50 kg / m 3 .
- the element composition (see Table 2) was determined by means of scanning electron microscopy / energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM / EDX).
- the crystal structure was determined by means of X-ray diffraction (XRD).
- the cPC content was quantified by means of 1 H-NMR spectroscopy (Bruker, DPX 400, 400 MHz): about 24 hours after the flexible polyurethane foams had been produced, a sample of 1.2-1.5 g of the polyurethane was obtained - Soft foam extracted at 60 ° C for 7.5 hours in acetone by Soxhlet. The extract was concentrated under reduced pressure and taken up in deuterated chloroform with dimethyl terephthalate or 1,2,4-trichlorobenzene as an internal standard. The cPC content was then quantified by 1 H-NMR by comparison with the internal standard.
- the flexible polyurethane foams described in Table 1 were produced in a batch process.
- the components were mixed using a Pendraulik LM 34 laboratory mixer.
- Component A1-1 (125 g) was weighed into a 500 mL paper cup together with components B1-1, B2-1 and C-1 and premixed for 10 seconds using a high-speed stirrer. Component B1-2 was then added and mixed for 10 seconds at the same stirring speed. Component D-1 was finally added to this mixture, mixed for 7 seconds and the mixture was transferred to a prepared paper box with a floor plan of 20 cm ⁇ 20 cm ⁇ 15 cm.
- the height of the flexible polyurethane foam blocks was approx. 14-15 cm.
- the finished flexible polyurethane foam was stored in the paper box for about 20-24 hours before it was sawed into test specimens for testing.
- the compressive strength and the bulk density of the flexible polyurethane foams were determined in accordance with DIN EN ISO 3386-1-98.
- component K When using a component K, this was first pre-stirred in component A1-1 before the remaining formulation components were added as described above.
- Example 2 Without component K, the resulting flexible polyurethane foam showed high emissions of cyclic propylene carbonate (Comparative Example 1).
- a component K according to the invention in Example 2 leads to lower values for cyclic propylene carbonate in the emission determination compared to Comparative Example 1.
- the addition of a zeolite with a three-dimensional system of channels leads to a significant increase in cyclic propylene carbonate in the flexible polyurethane foam (Comparative Example 3).
- Table 1 COMPONENT ⁇ example 1* 2 3 * A1-1 [Parts by weight] 100 100 100 B1-1 [Parts by weight] 0.12 0.12 0.12 B1-2 [Parts by weight] 0.18 0.18 0.18 B2-1 [Parts by weight] 1.20 1.20 1.20 C-1 [Parts by weight] 4.50 4.50 4.50 K1 [Parts by weight] - 2.5 - V1 [Parts by weight] - - 2.5 D-1 [Parts by weight] 56.01 56.01 56.01 identification number 108 108 108 Bulk density kg / m 3 27.6 25.4 27.3 Compression hardness 40% compression (4th cycle) kPa 7.9 6.7 5.3 cycl.
Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen durch Umsetzung der KomponentenA Polyolkomponente, enthaltendA1 40 bis 100 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,A2 0 bis 60 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist,BB1 Katalysator, undB2 gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe,C Wasser und/oder physikalische Treibmittel,mitD Di- und/oder Polyisocyanaten,wobei die Herstellung bei einer Kennzahl von 90 bis 120 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung in Gegenwart von 0,01 bis 10,00 Gew.-Teile einer Komponente K erfolgt, bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponente A1 + A2 = 100 Gewichtsteile, und die Komponente K ein Zeolith mit einem eindimensionalen System von Kanälen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen, vorzugsweise von Polyurethanweichschaumstoffen, durch Reaktion einer Isocyanat-Komponente mit einer gegenüber Isocyanaten reaktiven Komponente, die mindestens ein Polyethercarbonatpolyol umfasst, und wobei die Umsetzung in Gegenwart einer Komponente K erfolgt, die im weiteren näher beschrieben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Polyurethanschaumstoffe und deren Verwendung.
- Im Rahmen einer umweltfreundlichen Ausrichtung von Produktionsprozessen ist es generell wünschenswert, CO2-basierte Ausgangsstoffe, beispielsweise in Form von Polyethercarbonatpolyolen, in relativ großen Mengen einzusetzen. Die Herstellung von Polyethercarbonatpolyolen durch katalytische Umsetzung von Alkylenoxiden (Epoxiden) und Kohlendioxid in Anwesenheit von H-funktionellen Starterverbindungen ("Starter") wird seit mehr als 40 Jahren intensiv untersucht (z. B. Inoue et al, Copolymerization of Carbon Dioxide and Epoxide with Organometallic Compounds; Die Makromolekulare Chemie 130, 210-220, 1969). Diese Reaktion ist in Schema (I) schematisch dargestellt, wobei R für einen organischen Rest wie Alkyl, Alkylaryl oder Aryl steht, der jeweils auch Heteroatome wie beispielsweise O, S, Si usw. enthalten kann, und wobei e, f und g für eine ganzzahlige Zahl stehen, und wobei das hier im Schema (I) gezeigte Produkt für das Polyethercarbonatpolyol lediglich so verstanden werden soll, dass sich Blöcke mit der gezeigten Struktur im erhaltenen Polyethercarbonatpolyol prinzipiell wiederfinden können, die Reihenfolge, Anzahl und Länge der Blöcke sowie die OH-Funktionalität des Starters aber variieren kann und nicht auf das in Schema (I) gezeigte Polyethercarbonatpolyol beschränkt ist. Diese Reaktion (siehe Schema (I)) ist ökologisch sehr vorteilhaft, da diese Reaktion die Umsetzung eines Treibhausgases wie CO2 zu einem Polymer darstellt. Als weiteres Produkt, eigentlich Nebenprodukt, entsteht das in Schema (I) gezeigte cyclische Carbonat (beispielsweise für R = CH3 Propylencarbonat, im Folgenden auch als cPC bezeichnet, oder für R = H Ethylencarbonat, im Folgenden auch als cEC bezeichnet).
- Die Herstellung von Polyurethanschaumstoffen auf Basis von Polyethercarbonatpolyolen und Isocyanaten ist bekannt (z.B.
WO 2012/130760 A1 ,EP-A 0 222 453 ). Es wurde festgestellt, dass bei der Verwendung von Polyethercarbonatpolyolen zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen die resultierenden Produkte cyclisches Propylencarbonat enthalten, welches beispielsweise durch Emissionsmessungen am Polyurethanweichschaumstoff nachgewiesen werden kann. - In
WO 2016/097729 A1 wird beschrieben, dass durch den Einsatz von Estern von ein- oder mehrbasigen Carbonsäuren, deren (erste) Dissoziation einen pKs-Wert von 0,5 bis 4,0 aufweist, als Additive beim Verschäumen von Polyurethanschäumen eine Verringerung der Emission von cyclischem Propylencarbonat beobachtet werden kann. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen bereitzustellen, welches zu Polyurethanschaumstoffen mit einer reduzierten Emission von cyclischem Propylencarbonat führt.
- Überraschenderweise wurde diese Aufgabe gelöst durch ein
- Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen durch Umsetzung der Komponenten
- A Polyolkomponente, enthaltend
- A1 40 bis 100 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,
- A2 0 bis 60 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist,
- B
- B1 Katalysator, und
- B2 gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe,
- C Wasser und/oder physikalische Treibmittel,
mit - D Di- und/oder Polyisocyanaten,
wobei die Herstellung bei einer Kennzahl von 90 bis 120 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung in Gegenwart von 0,01 bis 10,00 Gew.-Teile einer Komponente K erfolgt, bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponente A1 + A2 = 100 Gewichtsteile, und die Komponente K ein Zeolith mit einem eindimensionalen System von Kanälen ist. - Bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen, vorzugsweise von Polyurethanweichschaumstoffen, durch Umsetzung von
- A1 40 bis 100 Gew.-Teile, bevorzugt 60 bis 100 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 80 bis 100 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyethercarbonatpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,
- A2 0 bis 60 Gew.-Teile, bevorzugt 0 bis 40 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei die Polyetherpolyole A2 frei von Carbonateinheiten sind,
- A3 0 bis 20 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, eines oder mehrerer Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g, und einem Gehalt an Ethylenoxid von > 60 Gew.-%, wobei die Polyetherpolyole A3 frei von Carbonateinheiten sind,
- A4 0 bis 40 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, eines oder mehrerer Polymerpolyole, PHD-Polyole und/oder PIPA-Polyole,
- A5 0 bis 40 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Polyole, die nicht unter die Definition der Komponenten A1 bis A4 fallen,
- B
- B1 Katalysator, und
- B2 gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffen
- C Wasser und/oder physikalischen Treibmitteln,
mit - D Di und/oder Polyisocyanaten,
wobei die Herstellung bei einer Kennzahl von 90 bis 120 erfolgt, und
wobei die Herstellung bei einer Kennzahl von 90 bis 120 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung in Gegenwart von 0,01 bis 10,00 Gew.-Teile einer Komponente K erfolgt, bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponente A1 + A2 = 100 Gewichtsteile, und die Komponente K ein Zeolith mit einem eindimensionalen System von Kanälen ist. - Die Komponenten A1 bis A5 beziehen sich jeweils auf "eine oder mehrere" der genannten Verbindungen. Bei Verwendung mehrerer Verbindungen einer Komponente entspricht die Mengenangabe der Summe der Gewichtsteile der Verbindungen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente A - A1 65 bis 75 Gew.-Teile, höchst bevorzugt 68 bis 72 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyethercarbonatpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g sowie vorzugsweise einem CO2-Gehalt von 15 bis 25 Gew.-%, und
- A2 25 bis 35 Gew.-Teile, höchst bevorzugt 28 bis 32 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei die Polyetherpolyole A2 frei von Carbonateinheiten sind,
- In einer anderen Ausführungsform umfasst Komponente A
- A1 65 bis 75 Gew.-Teile, bevorzugt 68 bis 72 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyethercarbonatpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g sowie vorzugsweise einem CO2-Gehalt von 15 bis 25 Gew.-%, und
- A2 25 bis 35 Gew.-Teile, bevorzugt 28 bis 32 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei die Polyetherpolyole A2 frei von Carbonateinheiten sind,
- A3 2 bis 20 Gew.-Teile, bevorzugt 2 bis 10 Gew.-Teile, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, eines oder mehrerer Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g, und einem Gehalt an Ethylenoxid von > 60 Gew.-%, wobei die Polyetherpolyole A3 frei von Carbonateinheiten sind,
- In einer weiteren Ausführungsform umfasst Komponente A
- A1 40 bis 100 Gew.-Teile, bevorzugt 60 bis 100 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 80 bis 100 Gew.-Teile, höchst bevorzugt 65 bis 75 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyethercarbonatpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g sowie vorzugsweise einem CO2-Gehalt von 15 bis 25 Gew.-%, und
- A2 0 bis 60 Gew.-Teile, bevorzugt 0 bis 40 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-Teile, höchst bevorzugt 25 bis 35 Gew.-Teile eines oder mehrerer Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei die Polyetherpolyole A2 frei von Carbonateinheiten sind,
- A4 0,01 bis 40,00 Gew.-Teile, bevorzugt 0,01 bis 20,00 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 1,00 bis 20,00 Gew.-Teile, höchst bevorzugt 2,00 bis 20,00 Gew.-Teile, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, eines oder mehrerer Polymerpolyole, PHD-Polyole und/oder PIPA-Polyole,
- A5 0 bis 40 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Polyole, die nicht unter die Definition der Komponenten A1 bis A4 fallen,
- Dabei sind die angegebenen Bereiche und Vorzugsbereiche der Komponenten A1, A2, A4 und A5 miteinander frei kombinierbar.
- Im Folgenden sind die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Komponenten näher beschrieben.
- Die Komponente A1 umfasst ein Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl (OH-Zahl) gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g, vorzugsweise von 20 mg KOH/g bis 100 mg KOH/g, besonders bevorzugt von 25 mg KOH/g bis 90 mg KOH/g, welches erhältlich ist durch Copolymerisation von Kohlendioxid, einem oder mehreren Alkylenoxiden, in Gegenwart eines oder mehrerer H-funktioneller Startermoleküle, wobei das Polyethercarbonatpolyol vorzugsweise einen CO2-Gehalt von 15 bis 25 Gew.-% aufweist. Bevorzugt umfasst Komponente A1 ein Polyethercarbonatpolyol, welches erhältlich ist durch Copolymerisation von 2 Gew.-% bis 30 Gew.-% Kohlendioxid und 70 Gew.-% bis 98 Gew.-% einem oder mehreren Alkylenoxiden, in Gegenwart eines oder mehrerer H-funktioneller Startermoleküle mit einer durchschnittlichen Funktionalität von 1 bis 6, bevorzugt von 1 bis 4, besonders bevorzugt von 2 bis 3. Unter "H-funktionell" wird im Sinne der Erfindung eine Starterverbindung verstanden, die gegenüber Alkoxylierung aktive H-Atome aufweist.
- Vorzugsweise erfolgt die Copolymerisation von Kohlendioxid und einem oder mehreren Alkylenoxiden in Gegenwart mindestens eines DMC-Katalysators (Doppelmetallcyanid-Katalysators).
- Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Polyethercarbonatpolyole zwischen den Carbonatgruppen auch Ethergruppen auf, was in Formel (III) schematisch dargestellt wird. In dem Schema gemäß Formel (III) steht R für einen organischen Rest wie Alkyl, Alkylaryl oder Aryl, der jeweils auch Heteroatome wie beispielsweise O, S, Si usw. enthalten kann, e und f stehen für eine ganzzahlige Zahl. Das im Schema gemäß Formel (III) gezeigte Polyethercarbonatpolyol soll lediglich so verstanden werden, dass sich Blöcke mit der gezeigten Struktur im Polyethercarbonatpolyol prinzipiell wiederfinden können, die Reihenfolge, Anzahl und Länge der Blöcke aber variieren kann und nicht auf das in Formel (III) gezeigte Polyethercarbonatpolyol beschränkt ist. In Bezug auf Formel (III) bedeutet dies, dass das Verhältnis von e/f bevorzugt von 2 : 1 bis 1 : 20, besonders bevorzugt von 1,5 : 1 bis 1 : 10 beträgt.
- Der Anteil an eingebautem CO2 ("aus Kohlendioxid stammende Einheiten"; "CO2-Gehalt") in einem Polyethercarbonatpolyol lässt sich aus der Auswertung charakteristischer Signale im 1H-NMR-Spektrum bestimmen. Das nachfolgende Beispiel illustriert die Bestimmung des Anteils an aus Kohlendioxid stammenden Einheiten in einem auf 1,8-Octandiol gestarteten CO2/Propy lenoxid-Polyethercarbonatpol yol.
- Der Anteil an eingebautem CO2 in einem Polyethercarbonatpolyol sowie das Verhältnis von Propylencarbonat zu Polyethercarbonatpolyol kann mittels 1H-NMR (ein geeignetes Gerät ist von der Firma Bruker, DPX 400, 400 MHz; Pulsprogramm zg30, Wartezeit dl: 10s, 64 Scans) bestimmt werden. Die Probe wird jeweils in deuteriertem Chloroform gelöst. Die relevanten Resonanzen im 1H-NMR (bezogen auf TMS = 0 ppm) sind wie folgt:
Cyclisches Propylencarbonat (welches als Nebenprodukt gebildet wurde) mit Resonanz bei 4,5 ppm; Carbonat, resultierend aus im Polyethercarbonatpolyol eingebautem Kohlendioxid mit Resonanzen bei 5,1 bis 4,8 ppm; nicht abreagiertes Propylenoxid (PO) mit Resonanz bei 2,4 ppm; Polyetherpolyol (d.h. ohne eingebautes Kohlendioxid) mit Resonanzen bei 1,2 bis 1,0 ppm; das als Startermolekül (soweit vorhanden) eingebaute 1,8-Octandiol mit einer Resonanz bei 1,6 bis 1,52 ppm. -
- Dabei gelten folgende Abkürzungen:
- F(4,5) = Fläche der Resonanz bei 4,5 ppm für cyclisches Carbonat (entspricht einem H Atom)
- F(5,1-4,8) = Fläche der Resonanz bei 5,1 bis 4,8 ppm für Polyethercarbonatpolyol und einem H-Atom für cyclisches Carbonat.
- F(2,4) = Fläche der Resonanz bei 2,4 ppm für freies, nicht abreagiertes PO
- F(1,2-1,0) = Fläche der Resonanz bei 1,2 bis 1,0 ppm für Polyetherpolyol
- F(1,6-1,52) = Fläche der Resonanz bei 1,6 bis 1,52 ppm für 1,8-Octandiol (Starter), soweit vorhanden.
- Der Faktor 102 resultiert aus der Summe der Molmassen von CO2 (Molmasse 44 g/mol) und der von Propylenoxid (Molmasse 58 g/mol), der Faktor 58 resultiert aus der Molmasse von Propylenoxid und der Faktor 146 resultiert aus der Molmasse des eingesetzten Starters 1,8-Octandiol (soweit vorhanden).
-
- Um aus den Werten der Zusammensetzung der Reaktionsmischung die Zusammensetzung bezogen auf den Polymer-Anteil (bestehend aus Polyetherpolyol, welches aus Starter und Propylenoxid während der unter CO2-freien Bedingungen stattfindenden Aktivierungsschritten aufgebaut wurde, und Polyethercarbonatpolyol, aufgebaut aus Starter, Propylenoxid und Kohlendioxid während den in Gegenwart von CO2 stattfindenden Aktivierungsschritten und während der Copolymerisation) zu berechnen, wurden die Nicht-Polymer-Bestandteile der Reaktionsmischung (d.h. cyclisches Propylencarbonat sowie ggf. vorhandenes, nicht umgesetztes Propylenoxid) rechnerisch eliminiert. Der Gewichtsanteil der Carbonat-Wiederholungseinheiten im Polyethercarbonatpolyol wurde in einen Gewichtsanteil Kohlendioxid mittels des Faktors F = 44/(44+58) umgerechnet. Die Angabe des CO2-Gehalts im Polyethercarbonatpolyol ist normiert auf den Anteil des Polyethercarbonatpolyol-Moleküls, das bei der Copolymerisation und ggf. den Aktivierungsschritten in Gegenwart von CO2 gebildet wurde (d.h. der Anteil des Polyethercarbonatpolyol-Moleküls, der aus dem Starter (1,8-Octandiol, soweit vorhanden) sowie aus der Reaktion des Starters mit Epoxid resultiert, das unter CO2-freien Bedingungen zugegeben wurde, wurde hierbei nicht berücksichtigt).
- Beispielsweise umfasst die Herstellung von Polyethercarbonatpolyolen gemäß A1:
- (a) eine H-funktionelle Starterverbindung oder ein Gemisch aus mindestens zwei H-funktionellen Starterverbindungen vorgelegt und gegebenenfalls Wasser und/oder andere leicht flüchtige Verbindungen durch erhöhte Temperatur und/oder reduziertem Druck entfernt werden ("Trocknung"), wobei der DMC-Katalysator der H-funktionellen Starterverbindung oder dem Gemisch von mindestens zwei H-funktionellen Starterverbindungen vor oder nach der Trocknung zugesetzt wird,
- (β) zur Aktivierung eine Teilmenge (bezogen auf die Gesamtmenge der bei der Aktivierung und Copolymerisation eingesetzten Menge an Alkylenoxiden) von einem oder mehreren Alkylenoxiden zu der aus Schritt (a) resultierenden Mischung zugesetzt wird, wobei diese Zugabe einer Teilmenge an Alkylenoxid gegebenenfalls in Gegenwart von CO2 erfolgen kann, und wobei dann die aufgrund der folgenden exothermen chemischen Reaktion auftretende Temperaturspitze ("Hotspot") und/oder ein Druckabfall im Reaktor jeweils abgewartet wird, und wobei der Schritt (β) zur Aktivierung auch mehrfach erfolgen kann,
- (γ) ein oder mehrere der Alkylenoxide und Kohlendioxid zu der aus Schritt (β) resultierenden Mischung zugesetzt werden, wobei die in Schritt (β) eingesetzten Alkylenoxide gleich oder verschieden sein können von den bei Schritt (γ) eingesetzten Alkylenoxiden.
- Allgemein können zur Herstellung der Polyethercarbonatpolyole A1 Alkylenoxide (Epoxide) mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Bei den Alkylenoxiden mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenoxid, Propylenoxid, 1-Butenoxid, 2,3-Butenoxid, 2-Methyl-1,2-propenoxid (Isobutenoxid), 1-Pentenoxid, 2,3-Pentenoxid, 2-Methyl-1,2-butenoxid, 3-Methyl-1,2-butenoxid, 1-Hexenoxid, 2,3-Hexenoxid, 3,4-Hexenoxid, 2-Methyl-1,2-pentenoxid, 4-Methyl-1,2-pentenoxid, 2-Ethyl-1,2-butenoxid, 1-Heptenoxid, 1-Octenoxid, 1-Nonenoxid, 1-Decenoxid, 1-Undecenoxid, 1-Dodecenoxid, 4-Methyl-1,2-pentenoxid, Butadienmonoxid, Isoprenmonoxid, Cyclopentenoxid, Cyclohexenoxid, Cycloheptenoxid, Cyclooctenoxid, Styroloxid, Methylstyroloxid, Pinenoxid, ein- oder mehrfach epoxidierte Fette als Mono-, Di- und Triglyceride, epoxidierte Fettsäuren, C1-C24-Ester von epoxidierten Fettsäuren, Epichlorhydrin, Glycidol, und Derivate des Glycidols, wie beispielsweise Methylglycidylether, Ethylglycidylether, 2-Ethylhexylglycidylether, Allylglycidylether, Glycidylmethacrylat sowie epoxidfunktionelle Alkoxysilane, wie beispielsweise 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyioxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltripropoxysilan, 3-Glycidyloxypropyl-methyl-dimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropylethyldiethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrlisopropoxysilan. Vorzugsweise werden als Alkylenoxide Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und/oder 1,2 Butylenoxid, besonders bevorzugt Propylenoxid eingesetzt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Anteil an Ethylenoxid an der insgesamt eingesetzten Menge an Propylenoxid und Ethylenoxid bei 0 bis 90 Gew.-%, bevorzugt bei 0 bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt frei von Ethylenoxid.
- Als geeignete H-funktionelle Startverbindung können Verbindungen mit für die Alkoxylierung aktiven H-Atomen eingesetzt werden. Für die Alkoxylierung aktive Gruppen mit aktiven H-Atomen sind beispielsweise -OH, -NH2 (primäre Amine), -NH- (sekundäre Amine), -SH und - CO2H, bevorzugt sind -OH und -NH2, besonders bevorzugt ist -OH. Als H-funktionelle Starterverbindung wird beispielsweise eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, ein- oder mehrwertigen Alkoholen, mehrwertigen Aminen, mehrwertigen Thiolen, Aminoalkohole, Thioalkohole, Hydroxyester, Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polyesteretherpolyole, Polyethercarbonatpolyole, Polycarbonatpolyole, Polycarbonate, Polyethylenimine, Polyetheramine (z. B. sogenannte Jeffamine® von Huntsman, wie z. B. D-230, D-400, D-2000, T-403, T-3000, T-5000 oder entsprechende Produkte der BASF, wie z. B. Polyetheramin D230, D400, D200, T403, T5000), Polytetrahydrofurane (z. B. PolyTHF® der BASF, wie z. B. PolyTHF® 250, 650S, 1000, 1000S, 1400, 1800, 2000), Polytetrahydrofuranamine (BASF Produkt Polytetrahydrofuranamin 1700), Polyetherthiole, Polyacrylatpolyole, Ricinusöl, das Mono- oder Diglycerid von Ricinolsäure, Monoglyceride von Fettsäuren, chemisch modifizierte Mono-, Di- und/oder Triglyceride von Fettsäuren, und C1-C24 Alkyl-Fettsäureester, die im Mittel mindestens 2 OH-Gruppen pro Molekül enthalten, eingesetzt. Beispielhaft handelt es sich bei den C1-C24 Alkyl-Fettsäureester, die im Mittel mindestens 2 OH-Gruppen pro Molekül enthalten, um Handelsprodukte wie Lupranol Balance® (Fa. BASF AG), Merginol®-Typen (Fa. Hobum Oleochemicals GmbH), Sovermol®-Typen (Fa. Cognis Deutschland GmbH & Co. KG) und Soyol®TM-Typen (Fa. USSC Co.).
- Als monofunktionelle Starterverbindungen können Alkohole, Amine, Thiole und Carbonsäuren eingesetzt werden. Als monofunktionelle Alkohole können Verwendung finden: Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, t-Butanol, 3-Buten-1-ol, 3-Butin-1-ol, 2-Methyl-3-buten-2-ol, 2-Methyl-3-butin-2-ol, Propagylalkohol, 2-Methyl-2-propanol, 1-t-Butoxy-2-propanol., 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, 1-Hexanol, 2-Hexanol, 3-Hexanol, 1-Heptanol, 2-Heptanol, 3-Heptanol, 1-Octanol, 2-Octanol, 3-Octanol, 4-Octanol, Phenol, 2-Hydroxybiphenyl, 3-Hydroxybiphenyl, 4-Hydroxybiphenyl, 2-Hydroxypyridin, 3-Hydroxypyridin, 4-Hydroxypyridin. Als monofunktionelle Amine kommen in Frage: Butylamin, t-Butylamin, Pentylamin, Hexylamin, Anilin, Aziridin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin. Als monofunktionelle Thiole können verwendet werden: Ethanthiol, 1-Propanthiol, 2-Propanthiol, 1-Butanthiol, 3-Methyl-1-butanthiol, 2-Buten-1-thiol, Thiophenol. Als monofunktionelle Carbonsäuren seien genannt: Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Fettsäuren wie Stearinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Benzoesäure, Acrylsäure.
- Als H-funktionelle Starterverbindungen geeignete mehrwertige Alkohole sind beispielweise zweiwertige Alkohole (wie beispielweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,4-Butendiol, 1,4-Butindiol, Neopentylglykol, 1,5-Pentantandiol, Methylpentandiole (wie beispielweise 3-Methyl-1,5-pentandiol), 1,6-Hexandiol; 1,8-Octandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol, Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexane (wie beispielweise 1,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexan), Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykole, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol und Polybutylenglykole); dreiwertige Alkohole (wie beispielweise Trimethylolpropan, Glycerin, Trishydroxyethylisocyanurat, Rizinusöl); vierwertige Alkohole (wie beispielsweise Pentaerythrit); Polyalkohole (wie beispielweise Sorbit, Hexit, Saccharose, Stärke, Stärkehydrolysate, Cellulose, Cellulosehydrolysate, hydroxyfunktionalisierte Fette und Öle, insbesondere Rizinusöl), sowie alle Modifizierungsprodukte dieser zuvorgenannten Alkohole mit unterschiedlichen Mengen an ε-Caprolacton. In Mischungen von H-funktionellen Startern können auch dreiwertige Alkohole, wie beispielsweise Trimethylolpropan, Glycerin, Trishydroxyethylisocyanurat und Rizinusöl eingesetzt werden.
- Die H-funktionellen Starterverbindungen können auch aus der Substanzklasse der Polyetherpolyole ausgewählt sein, insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht Mn im Bereich von 100 bis 4000 g/mol, vorzugsweise 250 bis 2000 g/mol. Bevorzugt sind Polyetherpolyole, die aus sich wiederholenden Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten aufgebaut sind, bevorzugt mit einem Anteil von 35 bis 100% Propylenoxideinheiten, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 50 bis 100% Propylenoxideinheiten. Hierbei kann es sich um statistische Copolymere, Gradienten-Copolymere, alternierende oder Blockcopolymere aus Ethylenoxid und Propylenoxid handeln.
- Geeignete Polyetherpolyole, aufgebaut aus sich wiederholenden Propylenoxid- und/oder Ethylenoxideinheiten sind beispielsweise die Desmophen®-, Acclaim®-, Arcol®-, Baycoll®-, Bayfill®-, Bayflex®- Baygal®-, PET®- und Polyether-Polyole der Covestro Deutschland AG (wie z. B. Desmophen® 3600Z, Desmophen® 1900U, Acclaim® Polyol 2200, Acclaim® Polyol 4000I, Arcol® Polyol 1004, Arcol® Polyol 1010, Arcol® Polyol 1030, Arcol® Polyol 1070, Baycoll® BD 1110, Bayfill® VPPU 0789, Baygal® K55, PET® 1004, Polyether® S180). Weitere geeignete homo-Polyethylenoxide sind beispielsweise die Pluriol® E-Marken der BASF SE, geeignete homo-Polypropylenoxide sind beispielsweise die Pluriol® P-Marken der BASF SE, geeignete gemischte Copolymere aus Ethylenoxid und Propylenoxid sind beispielsweise die Pluronic® PE oder Pluriol® RPE-Marken der BASF SE.
- Die H-funktionellen Starterverbindungen können auch aus der Substanzklasse der Polyesterpolyole ausgewählt sein, insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht Mn im Bereich von 200 bis 4500 g/mol, vorzugsweise 400 bis 2500 g/mol. Als Polyesterpolyole werden mindestens difunktionelle Polyester eingesetzt. Bevorzugt bestehen Polyesterpolyole aus alternierenden Säure-und Alkoholeinheiten. Als Säurekomponenten werden z. B. Bernsteinsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Adipinsäure, Phthalsäureanhydrid, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetrahydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid oder Gemische aus den genannten Säuren und/oder Anhydride eingesetzt. Als Alkoholkomponenten werden z. B. Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, 1,6-Hexandiol, 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit oder Gemische aus den genannten Alkoholen verwendet. Werden als Alkoholkomponente zweiwertige oder mehrwertige Polyetherpolyole eingesetzt, so erhält man Polyesteretherpolyole die ebenfalls als Starterverbindungen zur Herstellung der Polyethercarbonatpolyole dienen können. Falls Polyetherpolyole zur Herstellung der Polyesteretherpolyole eingesetzt werden, sind Polyetherpolyole mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht Mn von 150 bis 2000 g/mol bevorzugt.
- Des Weiteren können als H-funktionelle Starterverbindungen Polycarbonatpolyole (wie beispielsweise Polycarbonatdiole) eingesetzt werden, insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht Mn im Bereich von 150 bis 4500 g/mol, vorzugsweise 500 bis 2500, die beispielsweise durch Umsetzung von Phosgen, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder Diphenylcarbonat und di- und/oder polyfunktionellen Alkoholen oder Polyesterpolyolen oder Polyetherpolyolen hergestellt werden. Beispiele zu Polycarbonatpolyolen finden sich z. B. in der
EP-A 1359177 . Beispielsweise können als Polycarbonatdiole die Desmophen® C-Typen der Covestro Deutschland AG verwendet werden, wie z. B. Desmophen® C 1100 oder Desmophen® C 2200. - Ebenfalls können Polyethercarbonatpolyole als H-funktionelle Starterverbindungen eingesetzt werden. Insbesondere werden Polyethercarbonatpolyole, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden, eingesetzt. Diese als H-funktionelle Starterverbindungen eingesetzten Polyethercarbonatpolyole werden hierzu in einem separaten Reaktionsschritt zuvor hergestellt.
- Bevorzugte H-funktionelle Starterverbindungen sind Alkohole der allgemeinen Formel (VII),
HO-(CH2)x-OH (VII),
wobei x eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist. Beispiele für Alkohole gemäß Formel (VI) sind Ethylenglycol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,10 Decandiol und 1,12-Dodecandiol. Weitere bevorzugte H-funktionelle Starterverbindungen sind Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Umsetzungsprodukte der Alkohole gemäß Formel (VI) mit ε-Caprolacton, z.B. Umsetzungsprodukte von Trimethylolpropan mit ε-Caprolacton, Umsetzungsprodukte von Glycerin mit ε-Caprolacton, sowie Umsetzungsprodukte von Pentaerythrit mit ε-Caprolacton. Weiterhin bevorzugt werden als H-funktionelle Startverbindungen Wasser, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Rizinusöl, Sorbit und Polyetherpolyole, aufgebaut aus sich wiederholenden Polyalkylenoxideinheiten, eingesetzt. - Besonders bevorzugt handelt es sich bei den H-funktionellen Starterverbindungen um eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 2-Methylpropan-1,3-diol, Neopentylglykol, 1,6-Hexandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, di- und trifunktionelle Polyetherpolyole, wobei das Polyetherpolyol aus einer di- oder tri-H-funktionellen Starterverbindung und Propylenoxid bzw. einer di- oder tri-H-funktionellen Starterverbindung, Propylenoxid und Ethylenoxid aufgebaut ist. Die Polyetherpolyole haben bevorzugt ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn im Bereich von 62 bis 4500 g/mol und insbesondere ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn im Bereich von 62 bis 3000 g/mol, ganz besonders bevorzugt ein Molekulargewicht von 62 bis 1500 g/mol. Bevorzugt haben die Polyetherpolyole eine Funktionalität von 2 bis 3.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polyethercarbonatpolyol A1 durch Anlagerung von Kohlendioxid und Alkylenoxiden an H-funktionelle Starterverbindungen unter Verwendung von Multimetallcyanid-Katalysatoren (DMC-Katalysatoren) erhältlich. Die Herstellung von Polyethercarbonatpolyolen durch Anlagerung von Alkylenoxiden und CO2 an H-funktionelle Starterverbindungen unter Verwendung von DMC-Katalysatoren ist beispielsweise aus der
EP-A 0222453 ,WO-A 2008/013731 undEP-A 2115032 bekannt. - DMC-Katalysatoren sind im Prinzip aus dem Stand der Technik zur Homopolymerisation von Epoxiden bekannt (siehe z.B.
US-A 3 404 109 ,US-A 3 829 505 ,US-A 3 941 849 undUS-A 5 158 922 ). DMC-Katalysatoren, die z.B. inUS-A 5 470 813 ,EP-A 700 949 EP-A 743 093 EP-A 761 708 WO-A 97/40086 WO-A 98/16310 WO-A 00/47649 EP-A 700 949 - Der DMC-Katalysator wird zumeist in einer Menge von ≤ 1 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von ≤ 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von ≤ 500 ppm und insbesondere in einer Menge von ≤ 300 ppm, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polyethercarbonatpolyols eingesetzt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Polyethercarbonatpolyol A1 einen Gehalt an Carbonatgruppen ("aus Kohlendioxid stammenden Einheiten"), berechnet als CO2, von 2,0 und 30,0 Gew.-%, bevorzugt von 5,0 und 28,0 Gew.-% und besonders bevorzugt von 10,0 und 25,0 Gew.-% auf.
- In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen das oder die Polyethercarbonatpolyole gemäß A1 eine Hydroxylzahl von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g auf und sind erhältlich durch Copolymerisation von 2,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.-% Kohlendioxid und 70 Gew.-% bis 98 Gew.-% Propylenoxid in Gegenwart eines hydroxyfunktionellen Startermoleküls, wie beispielsweise Trimethylolpropan und/oder Glycerin und/oder Propylenglykol und/oder Sorbitol. Die Hydroxylzahl kann gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) bestimmt werden.
-
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Komponente A1 zu 100 Gew.-Teilen eingesetzt.
- Die Komponente A2 umfasst Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20mg KOH/g bis 250 mg KOH/g, vorzugsweise von 20 bis 112 mg KOH/g und besonders bevorzugt 20 mg KOH/g bis 80 mg KOH/g und ist frei von Carbonateinheiten. Die Herstellung der Verbindungen gemäß A2 kann durch katalytische Addition von einem oder mehreren Alkylenoxiden an H-funktionelle Starterverbindungen erfolgen.
- Als Alkylenoxide (Epoxide) können Alkylenoxide mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Bei den Alkylenoxiden mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenoxid, Propylenoxid, 1-Butenoxid, 2,3-Butenoxid, 2-Methyl-1,2-propenoxid (Isobutenoxid), 1-Pentenoxid, 2,3-Pentenoxid, 2-Methyl-1,2-butenoxid, 3-Methyl-1,2-butenoxid, 1-Hexenoxid, 2,3-Hexenoxid, 3,4-Hexenoxid, 2-Methyl-1,2-pentenoxid, 4-Methyl-1,2-pentenoxid, 2-Ethyl-1,2-butenoxid, 1-Heptenoxid, 1-Octenoxid, 1-Nonenoxid, 1-Decenoxid, 1-Undecenoxid, 1-Dodecenoxid, 4-Methyl-1,2-pentenoxid, Butadienmonoxid, Isoprenmonoxid, Cyclopentenoxid, Cyclohexenoxid, Cycloheptenoxid, Cyclooctenoxid, Styroloxid, Methylstyroloxid, Pinenoxid, ein-oder mehrfach epoxidierte Fette als Mono-, Di- und Triglyceride, epoxidierte Fettsäuren, C1-C24-Ester von epoxidierten Fettsäuren, Epichlorhydrin, Glycidol, und Derivate des Glycidols, wie beispielsweise Methylglycidylether, Ethylglycidylether, 2-Ethylhexylglycidylether, Allylglycidylether, Glycidylmethacrylat sowie epoxidfunktionelle Alkyoxysilane, wie beispielsweise 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyioxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltripropoxysilan, 3-Glycidyloxypropyl-methyl-dimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropylethyldiethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrlisopropoxysilan. Vorzugsweise werden als Alkylenoxide Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und/oder 1,2 Butylenoxid eingesetzt. Besonders bevorzugt wird ein Überschuss an Propylenoxid und/oder 1,2-Butylenoxid eingesetzt. Die Alkylenoxide können dem Reaktionsgemisch einzeln, im Gemisch oder nacheinander zugeführt werden. Es kann sich um statistische oder um Block-Copolymere handeln. Werden die Alkylenoxide nacheinander dosiert, so enthalten die hergestellten Produkte (Polyetherpolyole) Polyetherketten mit Blockstrukturen.
- Die H-funktionellen Starterverbindungen weisen Funktionalitäten von 2 bis 6 auf und sind vorzugsweise hydroxyfunktionell (OH-funktionell). Beispiele für hydroxyfunktionelle Starterverbindungen sind Propylenglykol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, Hexandiol, Pentandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,12-Dodecandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Triethanolamin, Pentaerythrit, Sorbitol, Saccharose, Hydrochinon, Brenzcatechin, Resorcin, Bisphenol F, Bisphenol A, 1,3,5-Trihydroxybenzol, methylolgruppenhaltige Kondensate aus Formaldehyd und Phenol oder Melamin oder Harnstoff. Diese können auch in Mischung verwendet werden. Vorzugsweise wird als Starterverbindung 1,2-Propylenglykol und /oder Glycerin und/oder Trimethylolpropan und /oder Sorbitol eingesetzt.
- Die Polyetherpolyole gemäß A2 weisen einen Gehalt von 0 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 0 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 25 Gew.-% an Ethylenoxid auf.
- Die Komponente A3 umfasst Polyetherpolyole mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g, vorzugsweise von 20 bis 112 mg KOH/g und besonders bevorzugt 20 mg KOH/g bis 80 mg KOH/g.
- Die Herstellung der Komponente A3 erfolgt im Prinzip analog der der Komponente A2, wobei jedoch ein Gehalt an Ethylenoxid im Polyetherpolyol von > 60 Gew.-%, bevorzugt > 65 Gew.-% eingestellt wird.
- Als Alkylenoxide und H-funktionelle Starterverbindungen kommen die gleichen in Frage, wie für Komponente A2 beschrieben.
- Als H-funktionelle Starterverbindungen kommen jedoch bevorzugt solche in Frage, die eine Funktionalität von 3 bis 6, besonders bevorzugt von 3 aufweisen, so dass Polyethertriole entstehen. Bevorzugte H-funktionelle Starterverbindungen mit einer Funktionalität von 3 sind Glycerin und/oder Trimethylolpropan, besonders bevorzugt ist Glycerin.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente A3 ein Glycerin-gestarteter trifunktioneller Polyether mit einem Ethylenoxidanteil von 68 bis 73 Gew.-% und einer OH-Zahl von 35 bis 40 mg KOH/g.
- Die Komponente A4 umfasst Polymerpolyole, PHD-Polyole und PIPA-Polyole.
- Polymerpolyole sind Polyole, die Anteile von durch radikalische Polymerisation geeigneter Monomere wie Styrol oder Acrylnitril in einem Basispolyol, wie z.B. einem Polyetherpolyol und/oder Polyethercabonatpolyol, erzeugten festen Polymeren enthalten.
- PHD (Polyharnstoffdipsersion)-Polyole werden beispielsweise hergestellt durch in situ Polymerisation eines Isocyanats oder einer Isocyanat-Mischung mit einem Diamin und/oder Hydrazin in einem Polyol, vorzugsweise einem Polyetherpolyol. Vorzugsweise wird die PHD-Dispersion hergestellt durch Umsetzung einer Isocyanat-Mischung eingesetzt aus einer Mischung aus 75 bis 85 Gew.-% 2,4-Toluylendiisocyanat (2,4-TDI) und 15 bis 25 Gew.-% 2,6-Toluylendiisocyanat (2,6-TDI) mit einem Diamin und/oder Hydrazin in einem Polyetherpolyol, vorzugsweise einem Polyetherpolyol und/oder Polyethercarbonatpolyol, hergestellt durch Alkoxylierung eines trifunktionellen Starters (wie beispielsweise Glycerin und/oder Trimethylolpropan), im Falle des Polyethercarbonatpolyols in Gegenwart von Kohlendioxid. Verfahren zur Herstellung von PHD-Dispersionen sind beispielsweise beschrieben in
US 4,089,835 undUS 4,260,530 . - Bei den PIPA-Polyolen handelt es sich um durch Polyisocyanat-Polyaddition mit Alkanolaminenmodifizierte, vorzugsweise Triethanolamin-modifizierte Polyetherpolyole und/oder Polyethercarbonatpolyole, wobei das Polyether(carbonat)polyol eine Funktionalität von 2,5 bis 4,0 und eine Hydroxylzahl von 3 mg KOH/g bis 112 mg KOH/g (Molekulargewicht 500 bis 18000 g/mol) aufweist. Vorzugsweise ist das Polyetherpolyol "EO-capped", d.h. das Polyetherpolyol besitzt terminale Ethylenoxidgruppen. PIPA-Polyole sind in
GB 2 072 204 A DE 31 03 757 A1 undUS 4 374 209 A eingehend beschrieben. - Als Komponente A5 können alle dem Fachmann bekannten Polyhydroxyverbindungen eingesetzt werden, die nicht unter die Definition der Komponenten A1 bis A4 fallen, und bevorzugt eine mittlere OH-Funktionalität > 1,5 aufweisen.
- Dies können beispielsweise niedermolekulare Diole (z.B. 1,2-Ethandiol, 1,3- bzw. 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol), Triole (z.B. Glycerin, Trimethylolpropan) und Tetraole (z.B. Pentaerythrit), Polyesterpolyole enthaltend keine von Malonsäure abgeleitete Baueinheiten, Polythioetherpolyole oder Polyacrylatpolyole, sowie Polyetherpolyole oder Polycarbonatpolyole, die nicht unter die Definition der Komponenten A1 bis A4 fallen, sein. Es können z.B. auch Ethylendiamin und Triethanolamin gestartete Polyether eingesetzt werden. Diese Verbindungen zählen nicht zu den Verbindungen gemäß der Definition der Komponente B2.
- Als Katalysatoren gemäß der Komponente B1 werden vorzugsweise
- a) aliphatische tertiäre Amine (beispielsweise Trimethylamin, Tetramethylbutandiamin, 3-Dimethylaminopropylamin, N,N-Bis(3-dimethylaminopropyl)-N-isopropanolamin), cycloaliphatische tertiäre Amine (beispielsweise 1,4-Diaza(2,2,2)bicyclooctan), aliphatische Aminoether (beispielsweise Bisdimethylaminoethylether, 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethanol und N,N,N-Trimethyl-N-hydroxyethyl-bisaminoethylether), cycloaliphatische Aminoether (beispielsweise N-Ethylmorpholin), aliphatische Amidine, cycloaliphatische Amidine, Harnstoff und Derivate des Harnstoffs (wie beispielsweise Aminoalkylharnstoffe, siehe zum Beispiel
EP-A 0 176 013 , insbesondere (3-Dimethylaminopropylamin)-harnstoff) und/oder - b) Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren
- Es werden insbesondere die Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren eingesetzt, wobei die jeweils zugrundeliegende Carbonsäure von 2 bis 24 Kohlenstoffatome aufweist. Beispielsweise werden als Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinn(II)-Salz der 2-Ethylhexansäure (d.h. Zinn(II)-(2-ethylhexanoat) oder Zinnoktoat), Zinn(II)-Salz der 2-Butyloctansäure, Zinn(II)-Salz der 2-Hexyldecansäure, Zinn(II)-Salz der Neodecansäure, Zinn(II)-Salz der Isononansäure, das Zinn(II)-Salz der Ölsäure, Zinn(II)-Salz der Ricinolsäure und Zinn(II)laurat eingesetzt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mindestens ein Zinn(II)-Salz der Formel (VIII)
Sn(CxH2x+1COO)2 (VIII)
eingesetzt, wobei x eine ganze Zahl von 8 bis 24, bevorzugt 10 bis 20, besonders bevorzugt von 12 bis 18 bedeutet. Besonders bevorzugt ist in Formel (VII) die Alkylkette CxH2x+1 des Carboxylats eine verzweigte Kohlenstoffkette, d.h. CxH2x+1 ist eine iso-Alkylgruppe. - Höchst bevorzugt werden als Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinn(II)-Salz der 2-Butyloctansäure, d.h. Zinn(II)-(2-butyloctoat), Zinn(II)-Salz der Ricinolsäure, d.h. Zinn(II)-ricinoleat und Zinn(II)-Salz der 2-Hexyldecansäure, d.h. Zinn(II)-(2-hexyldecanoat) eingesetzt.
- In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Komponente B1
- B1.1 0,05 bis 1,50 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Harnstoff und/oder Derivate des Harnstoffs und
- B1.2 0,03 bis 1,50 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, anderer Katalysatoren als die der Komponente B1.2, wobei der Gehalt an aminischen Katalysatoren in der Komponente B1.2 maximal 50 Gew.-% bezogen auf Komponente B1 betragen darf,
- Komponente B1.1 umfasst Harnstoff und Derivate des Harnstoffs. Als Derivate des Harnstoffs seien beispielsweise genannt: Aminoalkylharnstoffe, wie z.B. (3-Dimethylaminopropylamin)-harnstoff und 1,3-Bis[3-(dimethylamino)propyl]harnstoff. Es können auch Mischungen von Harnstoff und Harnstoffderivaten eingesetzt werden. Bevorzugt wird ausschließlich Harnstoff in Komponente B1.1 eingesetzt. Die Komponente B1.1 wird in Mengen von 0,05 bis 1,50 Gew.-Teilen, bevorzugt von 0,10 bis 0,50 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt von 0,25 bis 0,35 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 bis A2, eingesetzt.
- Die Komponente B1.2 wird in Mengen von 0,03 bis 1,50 Gew.-Teilen, bevorzugt 0,03 bis 0,50 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt von 0,10 bis 0,30 Gew.-Teilen, ganz besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,30 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 bis A2, eingesetzt.
- Vorzugsweise beträgt der Gehalt an aminischen Katalysatoren in der Komponente B1.2 maximal 50 Gew-% bezogen auf Komponente B1.1, besonders bevorzugt maximal 25 Gew.-% bezogen auf Komponente B1.1. Ganz besonders bevorzugt ist Komponente B1.2 frei von aminischen Katalysatoren.
- Als Katalysatoren der Komponente B1.2 können z.B. die oben beschriebenen Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren eingesetzt werden.
- Als in geringen Mengen (s.o.) gegebenenfalls mitzuverwendende aminische Katalysatoren seien genannt: aliphatische tertiäre Amine (beispielsweise Trimethylamin, Tetramethylbutandiamin, 3-Dimethylaminopropylamin, N,N-Bis(3-dimethylaminopropyl)-N-isopropanolamin), cycloaliphatische tertiäre Amine (beispielsweise 1,4-Diaza(2,2,2)bicyclooctan), aliphatische Aminoether (beispielsweise Bisdimethylaminoethylether, 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethanol und N,N,N-Trimethyl-N-hydroxyethyl-bisaminoethylether), cycloaliphatische Aminoether (beispielsweise N-Ethylmorpholin), aliphatische Amidine und cycloaliphatische Amidine.
- Zu den in B1.2 genannten "aminischen Katalysatoren" gehören nicht Harnstoff oder seine Derivate. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen durch Umsetzung der Komponenten
- A Polyolkomponente, enthaltend
- A1 40 bis 100 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,
- A2 0 bis 60 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist,
- C Wasser und/oder physikalischen Treibmitteln und
- D Di und/oder Polyisocyanaten,
- Daher ist ein bevorzugter Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass
- A Polyolkomponente, enthaltend
- A1 40 bis 100 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,
- A2 0 bis 60 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist,
- B1 in Gegenwart von Harnstoff und/oder Derivaten des Harnstoffs und in Abwesenheit aminischer Katalysatoren mit
- C Wasser und/oder physikalischen Treibmitteln und
- D Di und/oder Polyisocyanaten,
- a) oberflächenaktive Zusatzstoffe, wie Emulgatoren und Schaumstabilisatoren insbesondere solche mit niedriger Emission wie beispielsweise Produkte der Tegostab® LF2-Serie
- b) Additive wie Reaktionsverzögerer (z.B. sauer reagierende Stoffe wie Salzsäure oder organische Säurehalogenide), Zellregler (wie beispielsweise Paraffine oder Fettalkohole oder Dimethylpolysiloxane), Pigmente, Farbstoffe, Flammschutzmittel, weitere Stabilisatoren gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse, Antioxidantien, Weichmacher, fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen, Füllstoffe (wie beispielsweise Bariumsulfat, Kieselgur, Ruß- oder Schlämmkreide) und Trennmittel.
- Diese gegebenenfalls mitzuverwendenden Hilfs- und Zusatzstoffe werden beispielsweise in der
EP-A 0 000 389 , Seiten 18 - 21, beschrieben. - Als Komponente C werden Wasser und/oder physikalische Treibmittel eingesetzt. Als physikalische Treibmittel werden beispielsweise Kohlendioxid und/oder leicht flüchtige organische Substanzen als Treibmittel eingesetzt. Vorzugsweise wird Wasser als Komponente C eingesetzt.
- Geeignete Di- und/oder Polyisocyanate sind aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, beispielsweise solche der Formel (IX)
Q(NCO)n (IX),
wobei - n für 2 - 4, vorzugsweise 2 - 3,
und - Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 - 18, vorzugsweise 6 - 10 C-Atomen, einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 - 15, vorzugsweise 6 - 13 C-Atomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 - 15, vorzugsweise 8 - 13 C-Atomen bedeuten.
- In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Isocyanat-Komponente B ein Toluylendiisocyanat-Isomerengemisch aus 55 bis 90 Gew.-% 2,4- und 10 bis 45 Gew.-% 2,6-TDI.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Isocyanat-Komponente D 100 Gew.-% 2,4- Toluylendiisocyanat.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Kennzahl 90 bis 120. Vorzugsweise liegt die Kennzahl in einem Bereich von 100 bis 115, besonders bevorzugt 102 bis 110. Die Kennzahl (Index) gibt das prozentuale Verhältnis der tatsächlich eingesetzten Isocyanat-Menge zur stöchiometrischen, d.h. für die Umsetzung der OH-Äquivalente berechneten Menge an Isocyanat-Gruppen (NCO)-Menge an. - Erfindungsgemäß wird als Komponente K ein Zeolith mit einem eindimensionalen System von Kanälen eingesetzt, wobei die Kanäle des eindimensionalen Systems bevorzugt aus 10 bis 14, besonders bevorzugt aus 12 Tetraedern aufgebaut sind. Zeolithe sind Gerüstsilikate bei denen ein Teil des Siliciums durch Aluminium ersetzt ist und in deren Struktur größere Hohlräume existieren. Die Verbindungen innerhalb der Gerüstsilikate zwischen den größeren Hohlräumen werden Kanäle genannt. Beispiele für geeignete Zeolithe sind AIPO-8, CIT-5, Laumontit, Mordenit, Offretit, Perlialith, Chiavennit, Partheit, Roggianit oder Bikitait.
- Bevorzugt werden als Komponente K Zeolithe eingesetzt die ein molares Verhältnis von SiO2 zu Al2O3 von 4 bis 140, besonders bevorzugt 6 bis 100 und insbesondere bevorzugt von 8 bis 50 aufweisen.
- In einer besonderen Ausführungsform wird ein Zeolith mit einem orthorombischen Kristallsystem als Komponente K eingesetzt, wie z.B. Mordenit, Chiavennit oder Bikitait.
- Es ist bevorzugt, dass als Komponente K Mordenit eingesetzt wird, besonders bevorzugt Mordenit mit einem molaren Si/Al-Verhältnis von 4 bis 140.
- Die Komponente K wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Anteil von 0,01 bis 10,00 Gew.-Teile, bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponente A1 + A2 = 100 Gewichtsteile, eingesetzt. Es ist bevorzugt, dass die Komponente K in einem Anteil von 0,01 bis 8,00 Gew.-Tle., besonders bevorzugt 0,05 bis 6,00 Gew.-Tle., insbesondere bevorzugt 0,1 bis 6,00 Gew.-Tle., jeweils bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponente A1 + A2 = 100 Gewichtsteile, eingesetzt wird.
- Zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe werden die Reaktionskomponenten nach dem an sich bekannten Einstufenverfahren zur Umsetzung gebracht, wobei man sich oft maschineller Einrichtungen bedient, z.B. solcher, die in der
EP-A 355 000
Die Polyurethanschaumstoffe liegen vorzugsweise als Polyurethanweichschaumstoffe vor und können als Form- oder auch als Blockschaumstoffe, vorzugsweise als Blockschaumstoffe hergestellt werden. Gegenstand der Erfindung sind daher ein Verfahren zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe, die nach diesen Verfahren hergestellten Polyurethanschaumstoffe, die nach diesen Verfahren hergestellten Polyurethanweichblockschaumstoffe bzw. Polyurethanweichformschaumstoffe, die Verwendung der Polyurethanweichschaumstoffe zur Herstellung von Formteilen sowie die Formteile selbst.
Die nach der Erfindung erhältlichen Polyurethanschaumstoffe vorzugsweise Polyurethanweichschaumstoffe, finden beispielsweise folgende Anwendung: Möbelpolsterungen, Textileinlagen, Matratzen, Automobilsitze, Kopfstützen, Armlehnen, Schwämme, Schaumstofffolien zur Verwendung in Automobilteilen wie beispielsweise Dachhimmeln, Türseitenverkleidungen, Sitzauflagen und Bauelementen.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe, vorzugsweise Polyurethanweichschaumstoffe weisen bevorzugt eine Rohdichte gemäß DIN EN ISO 3386-1-98 im Bereich von 16 bis 60 kg/m3, besonders bevorzugt von 20 bis 50 kg/m3 auf. - Experimentell bestimmte OH-Zahlen (Hydroxylzahl) wurden gemäß der Vorschrift der DIN 53240-1 (Juni 2013) ermittelt.
- Die Elementzusammensetzung (siehe Tabelle 2) wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie/ energiedispersive Röntgenspektroskopie (REM/EDX) bestimmt.
- Die Kristallstruktur wurde mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt.
- Die Quantifizierung des cPC-Gehalts erfolgte mittels 1H-NMR-Spektroskopie (Firma Bruker, DPX 400, 400 MHz): ca. 24 h nach Herstellung der Polyurethan-Weichschaumstoffe, wurde eine Probe von 1,2-1,5 g des Polyurethan-Weichschaumstoffs bei 60°C für 7,5 Stunden in Aceton per Soxhlet extrahiert. Der Extrakt wurde unter vermindertem Druck konzentriert und in deuteriertem Chloroform, mit Dimethylterephthalat oder 1,2,4-Trichlorbenzol als internen Standard, aufgenommen. Anschließend wurde der cPC-Gehalt per 1H-NMR durch den Vergleich mit dem internen Standard quantifiziert.
- Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es bedeuten:
- A1-1: Polyethercarbonatpolyol, Funktionalität 2,8, OH-Zahl 54 mg KOH/g, 14 Gew.-% CO2, hergestellt durch Copolymerisation von Propylenoxid und Kohlendioxid mit Glycerin und Propylenglykol als H-funktionelle Starterverbindungen in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid-Katalysators
- B1-1: Niax Catalyst A-1, Bis[2- (N,N'-dimethylamino)ethyl] -basiert (Fa. Momentive Performance Materials GmbH)
- B1-2: Desmorapid SO, Zinnkatalysator (Fa. Covestro AG)
- B2-1: Tegostab BF 2370 (Fa. Evonik Industries AG)
- C-1: Wasser
- D-1: Desmodur T 80, Mischung von 2,4'-Toluylendiisocyanat und 2,6'-Toluylendiisocyanat im Verhältnis 80/20 (Fa. Covestro AG)
- K-1: Mordenit, ein orthorombischer Zeolith mit einem eindimensionalen System von Kanälen (ZEOflair 810 von Zeochem AG)
- V-1: ZSM-5, ein orthorombischer Zeolith mit einem dreidimensionalen System von Kanälen (ZEOflair 100 von Zeochem AG)
- Die in der Tabelle 1 beschriebenen Polyurethanweichschaumstoffe wurden in einem diskontinuierlichen Verfahren hergestellt. Die Vermischung der Komponenten erfolgte mittels eines Pendraulik Labormischers vom Typ LM 34.
- Die Komponente A1-1 (125 g) wurde in einem 500 mL Pappbecher zusammen mit den Komponenten B1-1, B2-1 und C-1 eingewogen und mit einem Schnellrührer 10 Sekunden lang vorvermischt. Anschließend erfolgte die Zugabe der Komponente B1-2 und ein durchmischen von 10 Sekunden bei gleicher Rührgeschwindigkeit. Zu dieser Mischung wurde schließlich die Komponente D-1 zugegeben, 7 Sekunden gemischt und die Mischung in ein vorbereitetes Papierkästchen mit einem Grundriss von 20 cm x 20 cm x 15 cm überführt.
- Die Höhe der Polyurethanweichschaumstoffblöcke betrug ca. 14-15 cm. Der fertige Polyurethanweichschaum wurde im Papierkästchen ca. 20-24 Stunden gelagert, bevor dieser zur Ausprüfung in Probekörper gesägt wurde. Die Stauchhärte und die Rohdichte der Polyurethanweichschaumstoffe wurde gemäß DIN EN ISO 3386-1-98 bestimmt.
- Bei der Verwendung einer Komponente K wurde diese zunächst in der Komponente A1-1 vorverrührt, bevor die restlichen Rezepturkomponenten wie oben beschrieben zugegeben wurden.
- Ohne Komponente K zeigte der resultierende Polyurethanweichschaumstoff eine hohe Emission an cyclischem Propylencarbonat (Vergleichsbeispiel 1). Die Zugabe einer erfindungsgemäßen Komponente K in Beispiel 2 führt zu niedrigeren Werten für cyclisches Propylencarbonat in der Emissionsbestimmung im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1. Die Zugabe eines Zeoliths mit einem dreidimensionalen System an Kanälen führt zu einer deutlichen Erhöhung an cyclischen Propylencarbonat im Polyurethanweichschaumstoff (Vergleichsbeispiel 3). Dies zeigt, dass überraschenderweise die Verwendung der erfindungsgemäßen Komponente K (Beispiel 2) zu einer Reduktion der Emission von cyclischem Propylencarbonat führt, währende die Verwendung eines Zeoliths mit einem dreidimensionalen System an Kanälen zu einer Erhöhung der Emission von cyclischem Propylencarbonat führt.
Tabelle 1: KOMPONENTE \ Beispiel 1* 2 3* A1-1 [Gew.-Tle.] 100 100 100 B1-1 [Gew.-Tle.] 0,12 0,12 0,12 B1-2 [Gew.-Tle.] 0,18 0,18 0,18 B2-1 [Gew.-Tle.] 1,20 1,20 1,20 C-1 [Gew.-Tle.] 4,50 4,50 4,50 K1 [Gew.-Tle.] - 2,5 - V1 [Gew.-Tle.] - - 2,5 D-1 [Gew.-Tle.] 56,01 56,01 56,01 Kennzahl 108 108 108 Rohdichte kg/m3 27,6 25,4 27,3 Stauchhärte 40 % Kompression (4.Zyklus) kPa 7,9 6,7 5,3 cycl. Propylencarbonat [mg/kg] 104 46 118 *Vergleichsbeispiel Tabelle 2: [wt.-%] Substanz Kristallstruktur Al Si Na O C S [SiO2] / [Al2O3] V1 ZSM-5 0,30 45,40 1,10 53,40 4,10 0,00 292 K1 Mordenit 2,50 35,10 0,20 43,80 3,00 0,20 27
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen durch Umsetzung der KomponentenA Polyolkomponente, enthaltendA1 40 bis 100 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,A2 0 bis 60 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist,BB1 Katalysator, undB2 gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe,C Wasser und/oder physikalische Treibmittel,
mitD Di- und/oder Polyisocyanaten,
wobei die Herstellung bei einer Kennzahl von 90 bis 120 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung in Gegenwart von 0,01 bis 10,00 Gew.-Teile einer Komponente K erfolgt, bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponente A1 + A2 = 100 Gewichtsteile, und die Komponente K ein Zeolith mit einem eindimensionalen System von Kanälen ist. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente K ein orthorombisches Kristallsystem aufweist.
- Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle des eindimensionalen Systems aus 10 bis 14 Tetraedern aufgebaut sind.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente K ein molares Verhältnis von [SiO2] / [Al2O3] von 4 bis 140, bevorzugt 6 bis 100 besonders bevorzugt von 8 bis 50 aufweist.
- Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente K ein Mordenit ist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A die folgende Zusammensetzung aufweist:A1 40 bis 100 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g,A2 0 bis 60 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist,A3 0 bis 20 Gew.-Teile, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g, und einem Gehalt an Ethylenoxid von > 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A3 frei von Carbonateinheiten ist,A4 0 bis 40 Gew.-Teile, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Polymerpolyol, PHD-Polyol und/oder PIPA-Polyol,A5 0 bis 40 Gew.-Teile, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Polyol, welches nicht unter die Definition der Komponenten A1 bis A4 fällt,wobei die Angabe der Gewichtsteile der Komponenten A3, A4 und A5 jeweils bezogen sind auf die Summe der Gewichtsteile der Komponenten A1 + A2 = 100 Gewichtsteile.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A frei ist von Komponenten A3 und/oder A4.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A umfasst:A1 65 bis 75 Gew.-Teile Polyethercarbonatpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 120 mg KOH/g, undA2 25 bis 35 Gew.-Teile Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl gemäß DIN 53240-1 (Juni 2013) von 20 mg KOH/g bis 250 mg KOH/g und einem Gehalt an Ethylenoxid von 0 bis 60 Gew.-%, wobei Polyetherpolyol A2 frei von Carbonateinheiten ist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A1 ein Polyethercarbonatpolyol umfasst, welches erhältlich ist durch Copolymerisation von Kohlendioxid und Alkylenoxid in Gegenwart H-funktioneller Startermoleküle, wobei das Polyethercarbonatpolyol vorzugsweise einen CO2-Gehalt von 15 bis 25 Gew.-% aufweist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente BB1 Katalysator ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Verbindungena) aliphatische tertiäre Amine, cycloaliphatische tertiäre Amine, aliphatische Aminoether, cycloaliphatische Aminoether, aliphatische Amidine, cycloaliphatische Amidine, Harnstoff und Derivate des Harnstoffs und/oderb) Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren, undB2 gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe
eingesetzt werden. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente BB1 Katalysator undB2 gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe
eingesetzt werden,
wobei als Komponente B1B1.1 0,05 bis 1,50 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, Harnstoff und/oder Derivate des Harnstoffs undB1.2 0,03 bis 1,50 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A1 und A2, anderer Katalysator als die der Komponente B1.2, wobei der Gehalt an aminischen Katalysator in der Komponente B1.2 maximal 50 Gew.-% bezogen auf Komponente B1 betragen darf,eingesetzt wird. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente K in einer Menge von 0,01 bis 8,00 Gew.-Teile (bezogen auf die Summe der Gewichtsteile der Komponenten A1 + A2 = 100 Gewichtsteile) eingesetzt wird.
- Polyurethanschaumstoffe, erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
- Polyurethanschaumstoffe gemäß Anspruch 13, wobei es sich um Polyurethan-Weichschaumstoffe handelt.
- Verwendung der Polyurethanschaumstoffe gemäß Anspruch 13 oder 14 zur Herstellung von Möbelpolsterungen, Textileinlagen, Matratzen, Automobilsitze, Kopfstützen, Armlehnen, Schwämme, Schaumstofffolien zur Verwendung in Automobilteilen wie beispielsweise Dachhimmeln, Türseitenverkleidungen, Sitzauflagen und Bauelementen.
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